JP2517081B2 - 超伝導素子およびその製造方法 - Google Patents
超伝導素子およびその製造方法Info
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- JP2517081B2 JP2517081B2 JP63268484A JP26848488A JP2517081B2 JP 2517081 B2 JP2517081 B2 JP 2517081B2 JP 63268484 A JP63268484 A JP 63268484A JP 26848488 A JP26848488 A JP 26848488A JP 2517081 B2 JP2517081 B2 JP 2517081B2
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は超伝導体を用いた超伝導素子及びその製造方
法に関するもので、特に酸化物超伝導体を用いた超伝導
素子に関するものである。
法に関するもので、特に酸化物超伝導体を用いた超伝導
素子に関するものである。
従来の技術 高温超伝導体として、A15型２元系化合物として窒化
ニオブ（NbN）やゲルマニウムニオブ（Nb3Ge）などが知
られていた。またこれらの材料を用いたジョセフソン素
子も数多く研究されてきた。これらの材料の超伝導転移
温度はたかだか24゜Kであった。一方、ペロブスカイト
系３元化合物は、さらに高い転移温度が期待され、Ba−
La−Cu−Ｏ系の高温超伝導体が提案された〔J.G.Bendor
z and K.A.Mller,ツァイト シュリフト フェア フ
ィジーク（Zetshrift fr physik B）−Condensed Mat
ter 64,189−193（1986）〕。
ニオブ（NbN）やゲルマニウムニオブ（Nb3Ge）などが知
られていた。またこれらの材料を用いたジョセフソン素
子も数多く研究されてきた。これらの材料の超伝導転移
温度はたかだか24゜Kであった。一方、ペロブスカイト
系３元化合物は、さらに高い転移温度が期待され、Ba−
La−Cu−Ｏ系の高温超伝導体が提案された〔J.G.Bendor
z and K.A.Mller,ツァイト シュリフト フェア フ
ィジーク（Zetshrift fr physik B）−Condensed Mat
ter 64,189−193（1986）〕。
さらに、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系がより高温の超伝導体であ
ることが最近提案された〔M.K.Wu等、フィジカル レビ
ュー レターズ（Physical Review Latters）Vol.58,No
9,908−910（1987）〕。
ることが最近提案された〔M.K.Wu等、フィジカル レビ
ュー レターズ（Physical Review Latters）Vol.58,No
9,908−910（1987）〕。
Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系の材料の超伝導機構の詳細は明らか
ではないが、転移温度が液体窒素温度以上に高くなる可
能性があり、高温超伝導体として従来の２元系化合物よ
り、より有望な特性が期待される。
ではないが、転移温度が液体窒素温度以上に高くなる可
能性があり、高温超伝導体として従来の２元系化合物よ
り、より有望な特性が期待される。
また、極最近ではBi−Sr−Ca−Cu−Ｏ系やTl−Ba−Ca
−Cu−Ｏ系の100゜Kを越える臨界温度を有する高温超伝
導体も発見されている。
−Cu−Ｏ系の100゜Kを越える臨界温度を有する高温超伝
導体も発見されている。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記の酸化物高温超伝導薄膜を用いて
超伝導素子を実用化する場合に、コヒーレンス長が数ナ
ノメートルと極めて短い点が、膜の不均一性、結晶粒界
等を反影して極めて作製困難な主たる原因となってい
た。これは、弱結合のジョセフソン素子を作製する場合
に、弱結合部のブリッジ長をコヒーレンス長程度の寸法
にする必要があり、実際にはこの様なナノブリッジ構造
は酸化物では作製困難であり実現されていない。また、
結晶粒界接合を用いたストリップ状のジョセフソン素子
は提案されているが、素子寸法が大きく、精度良く所定
の位置にジョセフソン接合を作製することは困難とされ
ている。
超伝導素子を実用化する場合に、コヒーレンス長が数ナ
ノメートルと極めて短い点が、膜の不均一性、結晶粒界
等を反影して極めて作製困難な主たる原因となってい
た。これは、弱結合のジョセフソン素子を作製する場合
に、弱結合部のブリッジ長をコヒーレンス長程度の寸法
にする必要があり、実際にはこの様なナノブリッジ構造
は酸化物では作製困難であり実現されていない。また、
結晶粒界接合を用いたストリップ状のジョセフソン素子
は提案されているが、素子寸法が大きく、精度良く所定
の位置にジョセフソン接合を作製することは困難とされ
ている。
課題を解決するための手段 本発明の超伝導素子は、基板上に形成された金属酸化
物超伝導薄膜から成る２つのバンク部と、前記金属酸化
物超伝導薄膜と同一組成を含む材料から成る薄膜で、か
つ、前記バンク部の膜厚よりも薄いブリッジ部に結晶粒
界のバウンダリィジャンクションを形成し、前記２つの
バンク部が電気的に接続された構造を有することを特徴
としている。
物超伝導薄膜から成る２つのバンク部と、前記金属酸化
物超伝導薄膜と同一組成を含む材料から成る薄膜で、か
つ、前記バンク部の膜厚よりも薄いブリッジ部に結晶粒
界のバウンダリィジャンクションを形成し、前記２つの
バンク部が電気的に接続された構造を有することを特徴
としている。
金属酸化物超伝導薄膜の材料が、銅元素を含む金属酸
化物超伝導体であること、あるいは、銅元素を含む金属
酸化物超伝導体が、Ａ−Ｂ−Cu−Ｏ複合化合物である場
合も含まれる。
化物超伝導体であること、あるいは、銅元素を含む金属
酸化物超伝導体が、Ａ−Ｂ−Cu−Ｏ複合化合物である場
合も含まれる。
ここにＡはSc,Y,LaおよびLa系列元素（原子番号57〜7
1、但し57,61,62を除く）のうち少なくとも１種、Ｂ
は、Ba,SrなどのII a族元素のうちの少なくとも１種、
かつA,B元素とCu元素の濃度は である。
1、但し57,61,62を除く）のうち少なくとも１種、Ｂ
は、Ba,SrなどのII a族元素のうちの少なくとも１種、
かつA,B元素とCu元素の濃度は である。
また、銅元素を含む金属酸化物超伝導体が、Biを含
み、かつ、PbまたはSr,CaなどのII a族元素のうち少な
くとも１種の元素を含む場合も含み、また、銅元素を含
む金属酸化物超伝導体が、Tlを含み、かつ、Pbまたは、
Ba,CaなどのII a族元素のうち少なくとも１種の元素を
含む場合も同様に含まれる。
み、かつ、PbまたはSr,CaなどのII a族元素のうち少な
くとも１種の元素を含む場合も含み、また、銅元素を含
む金属酸化物超伝導体が、Tlを含み、かつ、Pbまたは、
Ba,CaなどのII a族元素のうち少なくとも１種の元素を
含む場合も同様に含まれる。
更には、金属酸化物超伝導薄膜の材料が、BaおよびBi
を含む複合酸化物超伝導体である場合も含まれる。
を含む複合酸化物超伝導体である場合も含まれる。
本発明の超伝導素子の製造方法として、基板上に形成
された金属酸化物超伝導薄膜に、フォトリソグラフィ技
術でブリッジ部に相当する上部を除く部分にエッチング
マスクを形成した後、不活性ガスイオンを照射して前記
ブリッジ部に相当する部分の前記金属酸化物超伝導薄膜
をエッチングしてブリッジ部に結晶粒界のバウンダリィ
ジャンクションを形成した後、前記エッチングマスクを
除去して作製する方法を提供する。
された金属酸化物超伝導薄膜に、フォトリソグラフィ技
術でブリッジ部に相当する上部を除く部分にエッチング
マスクを形成した後、不活性ガスイオンを照射して前記
ブリッジ部に相当する部分の前記金属酸化物超伝導薄膜
をエッチングしてブリッジ部に結晶粒界のバウンダリィ
ジャンクションを形成した後、前記エッチングマスクを
除去して作製する方法を提供する。
あるいは、基板上に形成された金属酸化物薄膜を、フ
ォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術によ
り、ブリッジ部に相当する部分をエッチングして膜厚を
薄くし結晶粒界にバウンダリィジャンクションを形成し
た後、酸素雰囲気中にて熱処理を施して、前記金属酸化
物薄膜を金属酸化物超伝導薄膜とすることにより作製す
る方法を用いる。
ォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術によ
り、ブリッジ部に相当する部分をエッチングして膜厚を
薄くし結晶粒界にバウンダリィジャンクションを形成し
た後、酸素雰囲気中にて熱処理を施して、前記金属酸化
物薄膜を金属酸化物超伝導薄膜とすることにより作製す
る方法を用いる。
作用 本発明の実施において、２つの金属酸化物超伝導薄膜
から成る超伝導電極となるバンク部に接続された、それ
らより膜厚の薄いブリッジ部を形成すると、膜厚が薄い
ためこのブリッジ部の電流密度が大きくなり、結晶粒界
で形成した接合が弱結合となるか、または、所定の場所
に精度よく形成することのできるブリッジ部に含まれる
結晶粒界がジョセフソン接合と成り、外部の系から観測
されるものとなり、任意の位置に、精度良く、再現性良
くジョセフソン接合を作りこむことが可能となる。また
ブリッジ部の膜厚を制御することにより素子の臨界電流
値を調整できるという作用がある。
から成る超伝導電極となるバンク部に接続された、それ
らより膜厚の薄いブリッジ部を形成すると、膜厚が薄い
ためこのブリッジ部の電流密度が大きくなり、結晶粒界
で形成した接合が弱結合となるか、または、所定の場所
に精度よく形成することのできるブリッジ部に含まれる
結晶粒界がジョセフソン接合と成り、外部の系から観測
されるものとなり、任意の位置に、精度良く、再現性良
くジョセフソン接合を作りこむことが可能となる。また
ブリッジ部の膜厚を制御することにより素子の臨界電流
値を調整できるという作用がある。
金属酸化物超伝導薄膜の材料としては銅を含む金属酸
化物超伝導体で、Ａ−Ｂ−Cu−Ｏ複合化合物または、Bi
を含み、かつ、PbまたはII a族元素のうち少なくとも１
種の元素を含む材料または、Tlを含み、かつ、Pbまたは
II a族元素を含む材料のものでも同様な作用がみられ
る。また、金属酸化物超伝導薄膜の材料として、Baおよ
びBiを含む複合酸化物超伝導体においても同様な作用が
得られる。
化物超伝導体で、Ａ−Ｂ−Cu−Ｏ複合化合物または、Bi
を含み、かつ、PbまたはII a族元素のうち少なくとも１
種の元素を含む材料または、Tlを含み、かつ、Pbまたは
II a族元素を含む材料のものでも同様な作用がみられ
る。また、金属酸化物超伝導薄膜の材料として、Baおよ
びBiを含む複合酸化物超伝導体においても同様な作用が
得られる。
次に本発明の超伝導素子の製造方法の実施において、
金属酸化物超伝導薄膜をエッチングマスクを用いAr等の
不活性ガスイオンの照射によりブリッジに相当する部分
だけ膜厚を薄くしてブリッジ部に結晶粒界のバウンダリ
ィジャンクションを形成する方法は、任意の位置に精度
良くブリッジが形成できるのみならず、ブリッジ部の寸
法を短くすることを可能とするものである。また、従来
は、イオンの照射によって金属超伝導薄膜にダメージを
与えて超伝導特性を損なうものと考えられていたが、発
明者等が詳細に検討した結果、不活性ガスの場合にはダ
メージを受ける層は表層のほんの一部にしかすぎないこ
とが判り、Ar等の不活性ガスイオン照射によるブリッジ
部の形成は、弱結合接合形成に極めて有効な手段である
ことを発見した。また、ブリッジ部に含まれる結晶粒界
が不活性ガスイオンの照射により選択的にエッチングさ
れ、粒界接合特性が顕著に観測される場合もあった。
金属酸化物超伝導薄膜をエッチングマスクを用いAr等の
不活性ガスイオンの照射によりブリッジに相当する部分
だけ膜厚を薄くしてブリッジ部に結晶粒界のバウンダリ
ィジャンクションを形成する方法は、任意の位置に精度
良くブリッジが形成できるのみならず、ブリッジ部の寸
法を短くすることを可能とするものである。また、従来
は、イオンの照射によって金属超伝導薄膜にダメージを
与えて超伝導特性を損なうものと考えられていたが、発
明者等が詳細に検討した結果、不活性ガスの場合にはダ
メージを受ける層は表層のほんの一部にしかすぎないこ
とが判り、Ar等の不活性ガスイオン照射によるブリッジ
部の形成は、弱結合接合形成に極めて有効な手段である
ことを発見した。また、ブリッジ部に含まれる結晶粒界
が不活性ガスイオンの照射により選択的にエッチングさ
れ、粒界接合特性が顕著に観測される場合もあった。
更には、第２の製造方法の実施において、金属酸化物
薄膜をフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術
とによりエッチングをしてブリッジ部を形成する方法
は、水に弱い金属酸化物を損傷から防ぐためである。ま
たその後、酸素中で熱処理することにより、金属酸化物
薄膜が超伝導を示す結晶構造へと変化し、加工時のダメ
ージの除去の作用が認められる。また、より高温での酸
素中での熱処理は、金属酸化物超伝導薄膜の結晶粒の成
長がみられ、薄くなったブリッジ部に、選択的に結晶粒
界を形成させる作用が認められた。従って本発明の製造
方法では、ダメージの少ない結晶粒界接合をフォトプロ
セスと、ドライエッチング技術とにより任意の位置に精
度良く形成できる働きをするのである。
薄膜をフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術
とによりエッチングをしてブリッジ部を形成する方法
は、水に弱い金属酸化物を損傷から防ぐためである。ま
たその後、酸素中で熱処理することにより、金属酸化物
薄膜が超伝導を示す結晶構造へと変化し、加工時のダメ
ージの除去の作用が認められる。また、より高温での酸
素中での熱処理は、金属酸化物超伝導薄膜の結晶粒の成
長がみられ、薄くなったブリッジ部に、選択的に結晶粒
界を形成させる作用が認められた。従って本発明の製造
方法では、ダメージの少ない結晶粒界接合をフォトプロ
セスと、ドライエッチング技術とにより任意の位置に精
度良く形成できる働きをするのである。
実施例 第１図および第２図は本発明の超伝導素子の一実施例
を示す斜視図および断面図である。
を示す斜視図および断面図である。
本発明の超伝導素子は、基板１上に金属酸化物超伝導
薄膜２より成る２つのバンク部4a,4bが金属酸化物薄膜
２と同一組成を含む材料から成るブリッジ部３により接
続された構造を有している。ブリッジ部３の膜厚はバン
ク部４の膜厚よりも薄くなっている。本発明の超伝導素
子は膜厚の薄くなったブリッジ部３の超伝導特性が２つ
のバンク部4a,4bを通して外部から観測されることを目
的とした装置である。従ってジョセフソン接合がブリッ
ジ部３の内側に形成されるので、任意の場所に接合を再
現性良く形成することを可能とする。
薄膜２より成る２つのバンク部4a,4bが金属酸化物薄膜
２と同一組成を含む材料から成るブリッジ部３により接
続された構造を有している。ブリッジ部３の膜厚はバン
ク部４の膜厚よりも薄くなっている。本発明の超伝導素
子は膜厚の薄くなったブリッジ部３の超伝導特性が２つ
のバンク部4a,4bを通して外部から観測されることを目
的とした装置である。従ってジョセフソン接合がブリッ
ジ部３の内側に形成されるので、任意の場所に接合を再
現性良く形成することを可能とする。
次に具体的な実施例を、本発明の超伝導素子の製造方
法とともに述べる。
法とともに述べる。
第３図は本第２の発明の超伝導素子の第１の製造方法
の一実施例を示すプロセス図を示す。まず、MgO（100）
面基板１上に金属酸化物超伝導薄膜２として、GdBa2Cu3
Oy薄膜を堆積した（第３（ａ）図）。堆積は、ターゲッ
トにGdBa2Cu4.5Oyを用い、RFプレーナ・マグネトロン・
スパッタ法により、アルゴンと酸素の混合ガス雰囲気中
で行った。基板温度は600℃であり、膜厚は0.5μｍであ
った。次に、フォトリソグラフィ技術とアルゴンイオン
ミリングにより素子の横方向のパターン加工を行った
後、金属酸化物超伝導薄膜２上に、フォトリソグラフィ
技術により長さ１μｍのブリッジ相当部分６のみを除い
てエッチングマスク５を形成した（第３（ｂ）図）。エ
ッチングマスク５の材料としてはネガレジストを用い0.
8μｍ厚とした。これをArイオン照射によりエッチング
を行ない、ブリッジ部３を形成する（第３（ｃ）図）。
Arイオン照射は、カウフマン型イオン源を用い、ガス圧
１×10-4Torr,加速電圧500〜1K Vで行った。エッチング
速度は、GBCO薄膜で約25nm/minネガレジストで約30nm/m
inであった。ブリッジ部３のエッチング膜厚は0.3μｍ
とした。その後、エッチングマスク５の残りを、酸素プ
ラズマによるアッシングにより除去し、バンク部４の露
出を行ない超伝導素子を作製した（第３（ｄ）図）。酸
素圧は1Torrとした。
の一実施例を示すプロセス図を示す。まず、MgO（100）
面基板１上に金属酸化物超伝導薄膜２として、GdBa2Cu3
Oy薄膜を堆積した（第３（ａ）図）。堆積は、ターゲッ
トにGdBa2Cu4.5Oyを用い、RFプレーナ・マグネトロン・
スパッタ法により、アルゴンと酸素の混合ガス雰囲気中
で行った。基板温度は600℃であり、膜厚は0.5μｍであ
った。次に、フォトリソグラフィ技術とアルゴンイオン
ミリングにより素子の横方向のパターン加工を行った
後、金属酸化物超伝導薄膜２上に、フォトリソグラフィ
技術により長さ１μｍのブリッジ相当部分６のみを除い
てエッチングマスク５を形成した（第３（ｂ）図）。エ
ッチングマスク５の材料としてはネガレジストを用い0.
8μｍ厚とした。これをArイオン照射によりエッチング
を行ない、ブリッジ部３を形成する（第３（ｃ）図）。
Arイオン照射は、カウフマン型イオン源を用い、ガス圧
１×10-4Torr,加速電圧500〜1K Vで行った。エッチング
速度は、GBCO薄膜で約25nm/minネガレジストで約30nm/m
inであった。ブリッジ部３のエッチング膜厚は0.3μｍ
とした。その後、エッチングマスク５の残りを、酸素プ
ラズマによるアッシングにより除去し、バンク部４の露
出を行ない超伝導素子を作製した（第３（ｄ）図）。酸
素圧は1Torrとした。
第５図には試作した超伝導素子電流電圧特性を示す。
同図に示す様な弱結合特性が確認された。また、ブリッ
ジ部３（第２図）の膜厚が薄くなるにつれ、素子の臨界
電流値は低くなり、膜厚により臨界電流制御が可能なこ
とを確認した。第６図には、ブリッジ部３の膜厚0.15μ
ｍの超伝導素子に、＝4.8G Hzのマイクロ波を照射し
た時の電流電圧特性を示す。同図に示す様に、ΔＶ＝
・h/e（ｈはプランクの定数6.63×10-34J.s,eは電荷素
量1.60×10-19C）で与えられる約20μＶ間隔の電圧ステ
ップ（シャピロステップ）が観測され、ジョセフソン接
合が形成されていることを確認した。
同図に示す様な弱結合特性が確認された。また、ブリッ
ジ部３（第２図）の膜厚が薄くなるにつれ、素子の臨界
電流値は低くなり、膜厚により臨界電流制御が可能なこ
とを確認した。第６図には、ブリッジ部３の膜厚0.15μ
ｍの超伝導素子に、＝4.8G Hzのマイクロ波を照射し
た時の電流電圧特性を示す。同図に示す様に、ΔＶ＝
・h/e（ｈはプランクの定数6.63×10-34J.s,eは電荷素
量1.60×10-19C）で与えられる約20μＶ間隔の電圧ステ
ップ（シャピロステップ）が観測され、ジョセフソン接
合が形成されていることを確認した。
次に本第３の発明の超伝導素子の第２の製造方法の一
実施例を第４図のプロセス図を用いて説明する。基板１
としてMgO（100）面を用い、その上にBi−Sr−Ca−Cu−
Ｏの金属酸化物薄膜12をRFマグネトロンスパッタ法で約
0.6μｍ堆積させた（第４（ａ）図）。アルゴンと酸素
混合雰囲気中で基板温度200℃で堆積した金属酸化物薄
膜12の組成はBi:Sr:Ca:Cu＝1:1:1:2であった。この薄膜
12は表面が平坦であったが、4.2Kまで冷却しても超伝導
性は示さなかった。次に、フォトプロセスとスパッタエ
ッチングにより素子の横方向パターンを（バンク部等の
形状）形成した後、フォトプロセスとCF4反応性イオン
エッチングによりSiO2エッチングマスク15を金属酸化物
12表面上に形成した（第４（ｂ）図）。エッチングマス
ク15は厚み0.5μｍで、ブリッジ相当部分６は幅２μｍ
にわたって除去された構造とした。次にこれをアルゴン
イオン17を照射してエッチングを行いブリッジ部３の膜
厚を0.3μｍとした（第４（ｃ）図）。次に、CF4反応性
エッチングによりエッチングマスク15を除去した（第４
（ｄ）図）。最後にこれを酸素雰囲気中で、890℃で20
分,870℃で５時間熱処理を行ない金属酸化物超伝導薄膜
２を形成して超伝導素子を作製した（第４（ｅ）図）。
作製した試料はSEM観察によると結晶粒が数十μｍの岩
板状であり、結晶粒界13がブリッジ部３中に１〜２個再
現性良く含まれていることを確認した。この現象のメカ
ニズムは詳細には不明であるが、おそらく、バンク部４
とブリッジ部３の金属酸化物薄膜12の膜厚の差による段
差が結晶成長に影響を与えて結晶粒界13がブリッジ部３
に出来るのではないかと考えられる。作製した超伝導素
子は、第５図，第６図に示すのと同様な特性を示し、良
好なジョセフソン接合が出来ていることを確認した。こ
の接合は、結晶粒界13によるものと考えられた。
実施例を第４図のプロセス図を用いて説明する。基板１
としてMgO（100）面を用い、その上にBi−Sr−Ca−Cu−
Ｏの金属酸化物薄膜12をRFマグネトロンスパッタ法で約
0.6μｍ堆積させた（第４（ａ）図）。アルゴンと酸素
混合雰囲気中で基板温度200℃で堆積した金属酸化物薄
膜12の組成はBi:Sr:Ca:Cu＝1:1:1:2であった。この薄膜
12は表面が平坦であったが、4.2Kまで冷却しても超伝導
性は示さなかった。次に、フォトプロセスとスパッタエ
ッチングにより素子の横方向パターンを（バンク部等の
形状）形成した後、フォトプロセスとCF4反応性イオン
エッチングによりSiO2エッチングマスク15を金属酸化物
12表面上に形成した（第４（ｂ）図）。エッチングマス
ク15は厚み0.5μｍで、ブリッジ相当部分６は幅２μｍ
にわたって除去された構造とした。次にこれをアルゴン
イオン17を照射してエッチングを行いブリッジ部３の膜
厚を0.3μｍとした（第４（ｃ）図）。次に、CF4反応性
エッチングによりエッチングマスク15を除去した（第４
（ｄ）図）。最後にこれを酸素雰囲気中で、890℃で20
分,870℃で５時間熱処理を行ない金属酸化物超伝導薄膜
２を形成して超伝導素子を作製した（第４（ｅ）図）。
作製した試料はSEM観察によると結晶粒が数十μｍの岩
板状であり、結晶粒界13がブリッジ部３中に１〜２個再
現性良く含まれていることを確認した。この現象のメカ
ニズムは詳細には不明であるが、おそらく、バンク部４
とブリッジ部３の金属酸化物薄膜12の膜厚の差による段
差が結晶成長に影響を与えて結晶粒界13がブリッジ部３
に出来るのではないかと考えられる。作製した超伝導素
子は、第５図，第６図に示すのと同様な特性を示し、良
好なジョセフソン接合が出来ていることを確認した。こ
の接合は、結晶粒界13によるものと考えられた。
なお、上記実施例の説明では、基板１にMgO（100）面
を用いたが、これに限定するものではない。また、金属
酸化物超伝導薄膜２として、Gd−Ba−Cu−Ｏ薄膜とBi−
Sr−Ca−Cu−Ｏ薄膜を例にあげたが、何もこれに限定す
るものではない。例えば、銅元素を含む金属酸化物超伝
導体で、Ａ−Ｂ−Cu−Ｏ複合化合物（ここにＡはSc,Y,L
aおよびLa系列元素（原子番号57〜71,但し57,61,62を除
く）のうち少なくとも１種で、ＢはBa,Sr等のII a族元
素のうちの少なくとも１種でかつ、A,B元素とCu元素の
濃度は ）や、Bi2Sr2CuOyや、Bi−Pb−Sr−Ca−Cu−Ｏ超伝導体
等の超伝導体や、Tl−Ba−Cu−O,Tl−Ba−Ca−Cu−O,Tl
−Pb−Ba−Ca−Cu−Ｏ等のTlを含みかつ、PbまたはBa,C
aなどのII a族元素のうち少なくとも１種の元素を含む
超伝導体でも同様な効果が得られた。更には、Ba−Pb−
Bi−O,Ba−Ｋ−Bi−O,Ba−Rb−Bi−Ｏ等のBaおよびBiを
含む複合酸化物超伝導体でも同様な効果が得られること
を発明者らは確認している。
を用いたが、これに限定するものではない。また、金属
酸化物超伝導薄膜２として、Gd−Ba−Cu−Ｏ薄膜とBi−
Sr−Ca−Cu−Ｏ薄膜を例にあげたが、何もこれに限定す
るものではない。例えば、銅元素を含む金属酸化物超伝
導体で、Ａ−Ｂ−Cu−Ｏ複合化合物（ここにＡはSc,Y,L
aおよびLa系列元素（原子番号57〜71,但し57,61,62を除
く）のうち少なくとも１種で、ＢはBa,Sr等のII a族元
素のうちの少なくとも１種でかつ、A,B元素とCu元素の
濃度は ）や、Bi2Sr2CuOyや、Bi−Pb−Sr−Ca−Cu−Ｏ超伝導体
等の超伝導体や、Tl−Ba−Cu−O,Tl−Ba−Ca−Cu−O,Tl
−Pb−Ba−Ca−Cu−Ｏ等のTlを含みかつ、PbまたはBa,C
aなどのII a族元素のうち少なくとも１種の元素を含む
超伝導体でも同様な効果が得られた。更には、Ba−Pb−
Bi−O,Ba−Ｋ−Bi−O,Ba−Rb−Bi−Ｏ等のBaおよびBiを
含む複合酸化物超伝導体でも同様な効果が得られること
を発明者らは確認している。
また、本発明の超伝導素子の製造方法の実施例の説明
において、イオン照射に用いる不活性ガスイオン７のイ
オンとしてアルゴンを用いたが、これに限定するもので
はなく不活性ガスであれば何であっても良い。またエッ
チングマスク５としてネガレジストを用いたが、これに
限定するものではなく、不活性ガスイオン照射によるエ
ッチングの際のマスク効果があれば何であっても良い。
において、イオン照射に用いる不活性ガスイオン７のイ
オンとしてアルゴンを用いたが、これに限定するもので
はなく不活性ガスであれば何であっても良い。またエッ
チングマスク５としてネガレジストを用いたが、これに
限定するものではなく、不活性ガスイオン照射によるエ
ッチングの際のマスク効果があれば何であっても良い。
また、本発明である超伝導素子の第２の製造方法の実
施例の説明において、ブリッジ相当部分６のエッチング
にアルゴンイオン17を照射して行ったが、これに限定す
るものではなく、塩素をもちいた反応性イオンエッチン
グ等、ドライエッチングであれば同様な効果が得られる
ことを発明者等は確認している。またエッチングマスク
15にSiO2を用いたが、ドライエッチング用マスクとして
使用できるものであれば何であっても良い。従って、エ
ッチングマスク15の除去の方法も何であっても良いのは
言うまでもない。
施例の説明において、ブリッジ相当部分６のエッチング
にアルゴンイオン17を照射して行ったが、これに限定す
るものではなく、塩素をもちいた反応性イオンエッチン
グ等、ドライエッチングであれば同様な効果が得られる
ことを発明者等は確認している。またエッチングマスク
15にSiO2を用いたが、ドライエッチング用マスクとして
使用できるものであれば何であっても良い。従って、エ
ッチングマスク15の除去の方法も何であっても良いのは
言うまでもない。
また金属酸化物薄膜12は超伝導を示さない例を述べた
が、別に超伝導を示しても良いのは明らかである。
が、別に超伝導を示しても良いのは明らかである。
なお、本発明の超伝導素子の両製造方法の実施例の説
明において、ブリッジ部３をエッチング形成する以前
に、バンク部４等の素子の横方向パターン加工を行う様
に記述したが、これに限定する訳ではなく、この順序が
逆になっても同様な効果が得られるのは自明での事であ
る。
明において、ブリッジ部３をエッチング形成する以前
に、バンク部４等の素子の横方向パターン加工を行う様
に記述したが、これに限定する訳ではなく、この順序が
逆になっても同様な効果が得られるのは自明での事であ
る。
発明の効果 本発明の超伝導素子の実施に於いて、従来困難とされ
ていた任意の位置に、所定の臨界電流値を有するジョセ
フソン接合を有する超伝導素子を容易に作製することが
可能となり、その実用的価値は大きい。
ていた任意の位置に、所定の臨界電流値を有するジョセ
フソン接合を有する超伝導素子を容易に作製することが
可能となり、その実用的価値は大きい。
本発明の超伝導素子の製造方法の実施に於いて、不活
性ガスイオン照射によるエッチングを用いるために、ミ
クロン〜サブミクロンの短い接合形成が容易に作製可能
であり、また、追加エッチングすることが可能であるた
めに臨界電流値を下方に調整することが可能となり、工
業的価値は大なるものがある。
性ガスイオン照射によるエッチングを用いるために、ミ
クロン〜サブミクロンの短い接合形成が容易に作製可能
であり、また、追加エッチングすることが可能であるた
めに臨界電流値を下方に調整することが可能となり、工
業的価値は大なるものがある。
また本発明の他の超伝導素子の製造方法の実施に於い
て、金属酸化物薄膜を加工後に熱処理を施して超伝導薄
膜化することにより、加工ダメージの回復または防止が
出来、また、金属酸化物超伝導薄膜は平坦な表面が得ら
れ難く微細加工が困難である場合が多いのに対して、平
坦な表面が得られ易い金属酸化物薄膜を形成し、微細加
工を施した後に熱処理を施して超伝導薄膜とするため、
所定の場所に選択的に微細なジョセフソン素子接合を形
成することが容易に可能となり、その工業的価値は極め
て大きい。
て、金属酸化物薄膜を加工後に熱処理を施して超伝導薄
膜化することにより、加工ダメージの回復または防止が
出来、また、金属酸化物超伝導薄膜は平坦な表面が得ら
れ難く微細加工が困難である場合が多いのに対して、平
坦な表面が得られ易い金属酸化物薄膜を形成し、微細加
工を施した後に熱処理を施して超伝導薄膜とするため、
所定の場所に選択的に微細なジョセフソン素子接合を形
成することが容易に可能となり、その工業的価値は極め
て大きい。
第１図および第２図は本発明の超伝導素子の一実施例を
示す斜視図および断面図、第３図は本発明である超伝導
素子の第１の製造方法の一例を示すプロセス工程断面
図、第４図は本発明である超伝導素子の第２の製造方法
の一例を示すプロセス工程断面図、第５図，第６図は電
流電圧特性図である。 １……基板、２……金属酸化物超伝導薄膜、３……ブリ
ッジ部、４……バンク部、5,15……エッチングマスク、
７……不活性ガスイオン、12……金属酸化物薄膜。
示す斜視図および断面図、第３図は本発明である超伝導
素子の第１の製造方法の一例を示すプロセス工程断面
図、第４図は本発明である超伝導素子の第２の製造方法
の一例を示すプロセス工程断面図、第５図，第６図は電
流電圧特性図である。 １……基板、２……金属酸化物超伝導薄膜、３……ブリ
ッジ部、４……バンク部、5,15……エッチングマスク、
７……不活性ガスイオン、12……金属酸化物薄膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 瀬恒 謙太郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 和佐 清孝 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−79682（ＪＰ，Ａ) ５ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｆｕｔｕｒ ｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ −Ｈｉｇｈ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｅ ｌｅｃｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ − ［ＦＥＤ ＨｉＴＣＳＣ−ＥＤ ＷＯＲ ＫＳＨＯＰ］，Ｊｕｎｅ ２−４, 1988，Ｍｉｙａｇｉ−ＺａｏＰＰ．267 −271 電子情報通信学会技術研究報告ＳＣＥ 87−37，87〔249〕ＰＰ．67−72
Claims (7)
- 【請求項１】基板上に形成された金属酸化物超伝導薄膜
からなる２つのバンク部と、前記金属酸化物超伝導薄膜
と同一組成を含む材料からなる薄膜で、かつ前記バンク
部の薄膜よりも薄いブリッジ部に結晶粒界のバウンダリ
ィジャンクションを形成し、前記２つのバンク部が電気
的に接続された構造とすることを特徴とする超伝導素
子。 - 【請求項２】金属酸化物超伝導薄膜の材料が、銅元素を
含む金属酸化物超伝導体であることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の超伝導素子。 - 【請求項３】銅元素を含む金属酸化物超伝導体として、
Ａ−Ｂ−Cu−Ｏ複合化合物を用いたことを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の超伝導素子。 ここにＡはSc,Y,LaおよびLa系列元素（原子番号57〜7
1、但し57,61,62を除く）のうち少なくとも１種、ＢはB
a,SrなどのII a族元素のうち少なくとも１種、かつA,B
元素とCuとの少なくとも１種、かつ、A,B元素とCu元素
の濃度は - 【請求項４】銅元素を含む金属酸化物超伝導体が、Biを
含み、かつ、Pbまたは、Sr,CaなどのII a族元素のうち
少なくとも１種の元素を含むことを特徴とする特許請求
の範囲第２項記載の超伝導素子。 - 【請求項５】銅元素を含む金属酸化物超伝導体が、Tlを
含み、かつ、Pbまたは、Ba,CaなどのII a族元素のうち
少なくとも１種の元素を含むことを特徴とする特許請求
の範囲第２項記載の超伝導素子。 - 【請求項６】金属酸化物超伝導薄膜の材料が、Baおよび
Biを含む複合酸化物超伝導体であることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の超伝導素子。 - 【請求項７】基板上に形成された金属酸化物超伝導薄膜
に、フォトリソグラフィ技術でブリッジ部に相当する上
部を除く部分にエッチングマスクを形成した後、不活性
ガスイオンを照射して前記ブリッジ部に相当する部分の
前記金属酸化物超伝導薄膜をエッチングしてブリッジ部
に結晶粒界のバウンダリィジャンクションを形成した
後、前記エッチングマスクを除去して作製することを特
徴とする超伝導素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63268484A JP2517081B2 (ja) | 1988-10-25 | 1988-10-25 | 超伝導素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63268484A JP2517081B2 (ja) | 1988-10-25 | 1988-10-25 | 超伝導素子およびその製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7307242A Division JP2969068B2 (ja) | 1995-11-27 | 1995-11-27 | 超伝導素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02114678A JPH02114678A (ja) | 1990-04-26 |
| JP2517081B2 true JP2517081B2 (ja) | 1996-07-24 |
Family
ID=17459136
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63268484A Expired - Lifetime JP2517081B2 (ja) | 1988-10-25 | 1988-10-25 | 超伝導素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2517081B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DK151796C (da) * | 1980-04-30 | 1988-09-19 | Sumitomo Chemical Co | Fremgangsmaade til fremstilling af cyclopentenoloner |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6279682A (ja) * | 1985-10-03 | 1987-04-13 | Toyo Soda Mfg Co Ltd | マイクロシヨ−トを設けてなるジヨゼフソンブリツジ素子 |
-
1988
- 1988-10-25 JP JP63268484A patent/JP2517081B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ５ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＷｏｒｋｓｈｏｐｏｎＦｕｔｕｒｅＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓ−Ｈｉｇｈ−ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＳｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇＥｌｅｃｔｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ−［ＦＥＤＨｉＴＣＳＣ−ＥＤＷＯＲＫＳＨＯＰ］，Ｊｕｎｅ２−４，１９８８，Ｍｉｙａｇｉ−ＺａｏＰＰ．２６７−２７１ |
| 電子情報通信学会技術研究報告ＳＣＥ８７−３７，８７〔２４９〕ＰＰ．６７−７２ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02114678A (ja) | 1990-04-26 |
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Legal Events
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